Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych. Komparatory.

Transkrypt

1 Zastosowania nielinio wzmacniaczy operacyjnych. Komparatory. Wrocław 009 kłady logarytmjące kład logarytmjący powinien dawać proporcjonalne do logarytm. k D log k E ln gdzie: k D, k E stałe skalowania, k D k E ln0 napięcie normjące, dodatnie dla >0, jemne dla <0. Najprostsza realizacja korzystanie ch-yki diody półprzewodnikoj kłady logarytmjące AK I D I S exp mϕt gdzie: I S - prąd wsteczny, ϕ T kt/q - potencjał elektrokinetyczny złącza, m współczynnik korekcyjny m ( ). W obszarze przewodzenia równanie można prościć: AK I D I S exp mϕt Po przekształceniach otrzymjemy: AK I mϕt ln I D S

2 kłady logarytmjące m ϕ T ln0log I S W temp. pokojoj: (...) 60mV log I Wykorzystany zakres logarytmowania (do ok. dekad) ograniczają : - pasożytnicza rezystancja szeregowa diody (przy większych I wzrasta spadek nap. na niej i wprowadza błąd log) - współ. korekcyjny m zależy od prąd). S kłady logarytmjące be ϕt ln I CS I I C CS BE exp ϕt Zaleta eliminowanie wpływ współczynnika m na napięcie jścio. Zakres pracy dziewięć dekad przy zastosowani WO o małych prądach jścioch. Wada silna zależność od temperatry; tranzystora T zwiększa wzmocnienie kład co może powodować wzbdzanie się kład. kłady logarytmjące be ϕt ln I CS ezystor E ogranicza wzmocnienie. Kondensator C ogranicza pasmo wzmacniacza kompensacja biegnem dominjącym. Dioda D zapobiega przesterowani wzmacniacza przy jemnych napięciach jścioch co niemożliwia szkodzenie tranzystora zbyt dżym napięciem wstecznym.

3 kłady logarytmjące W kładzie ograniczony jest wpływ I CS poprzez stosowania wzm.różn. (wzmacniana różnica logarytmów) ϕ T ln EF kłady logarytmjące ϕ T ln EF gdy: ϕ T 6mV, 3 / 4 5.7, 5 /( EF )V to: log ( ) kłady kładnicze Gdy < 0 to: i C ICS exp ϕt Parametry kład silnie zależne od temp. 3

4 kłady kładnicze EF 4 exp ϕt gdy: ϕ T 6mV, / V, 3 / to: 0 Ograniczniki napięcia Ograniczniki amplitdy napięcia spełniają zależność: gdzie: f ( ) min ; m ; max ; dla dla dla min < > min max max Ograniczniki napięcia Charakterystyki przejścio ograniczników napięcia: a) niesymetrycznego, b) symetrycznego 4

5 Ograniczniki napięcia Ograniczenie do wartości Z + D ( D - napięcie progo diody w kiernk przewodzenia) Precyzyjny prostownik dwpołówko Precyzyjne prostowniki dwpołówko są kładami realizjącymi wartość bezwzględną (modł) fnkcji jścioj: a a, a - Precyzyjny prostownik dwpołówko L WY WE Wyeliminowany wpływ spadk napięcia na diodach na wartość napięcia jściogo diody wpięte w pętlę sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Wada nie ma pkt wspólnego z masą kład 5

6 prostownik jednopołówko ot ot in ot in in ot in Precyzyjne prostowniki szczyto max ( ) WY WE Dokładność przetwarzania zależy od pasma częstotliwości pracy kład i związanego z nim doborem stałej czasoj filtr gładzającego C. Przy projektowani kład należy zwrócić także wagę na maksymalny prąd jścio WO oraz na jego wsp. szybkości zmian nap. jściogo (slew rate). Ch-yki aproksymowane odcinkami prostoliniomi Aproksymacja odcinkowa fnkcji pkłej 6

7 Ch-yki aproksymowane odcinkami prostoliniomi Aproksymacja odcinkowa fnkcji wklęsłej Ch-yki aproksymowane odcinkami prostoliniomi Diody D D n pełnią rolę klczy włączanych z chwilą, gdy i -i przekroczy wartość progową pk w k-tej gałęzi dla p(k-) 0 pk dla p 0 p dla 0 p ealizacja fnkcji aproksymowanych Dwćwiartko przekształtnik paraboliczny Ch-yka jest realizowana aproksymacją czteroodcinkową w III i IVćwiartce. z W jest odwrócone o 80 0 względem i dzięki tem mamy symetryczne sterowanie drabinek D- (± i ) Gdy i < D to 0 0, gdy i rośnie włączają się kolejne drabinki D-. W miarę wzrost do W dołączone są kolejne co zwiększa wzmocnienie W kład realizje fnkcje kwadratową. 7

8 ealizacja fnkcji aproksymowanych Przekształtnik trójkąt sins Ch-yka jest realizowana aproksymacją trójodcinkową w I i IIIćwiartce. W miarę wzrost do dołączają się 3 i 4 (przy zmniejszani 7 i 8 ) powodjąc zmniejszanie rezystancji w SZ i wzmocnienie kład. kład przekształca falę trójkątna na sinsoidalną. Amplitda 0 może być stalana w szerokim zakresie zmienności (min zależy od wielokrotnością D a max od liniowości WO) Podsmowanie kład logarytmjący ze złączem p-n kład kładniczy ze złączem p-n Ograniczniki napięcia Precyzyjny prostownik napięcia kłady o charakterystyce kształtowanej odcinkami Komparatory napięcia 8

9 Wprowadzenie Definicja Komparatorem napięcia nazywamy szerokopasmo wzmacniacz operacyjny, którego napięcie jścio przyjmje jedynie dwie skrajne wartości: minimalną lb maksymalną, przy czym poziomy tego napięcia są zazczaj dopasowanie do standardów cyfroch (TTL, CMOS, ECL). Ponieważ komparatory pracją bez wnętrznego sprzężenia zwrotnego są stale przesterowane. Dlatego też są one tak konstrowane aby eliminować konsekncje nikające z pracy w warnkach przesterowania, czyli przeciwdziałać nasyceni tranzystorów. ys.. Symbol komparatora z zaznaczonymi napięciami jściomi i napięciem jściom Wprowadzenie Najważniejsze parametry komparatorów napięcia: - wzmocnienie napięcio, - współczynnik tłmienia sygnał smacyjnego CM, - człość (rozdzielczość), - czas odpowiedzi, - szybkość narost napięcia jściogo - maksymalne dopszczalne napięcie jścio i maksymalne dopszczalne różnico napięcie jścio, - poziomy napięcia jściogo, - maksymalne prądy jścio, - obciążalność jściowa. Wprowadzenie ys.. Charakterystyka przejściowa komparatora: a) idealnego, b) rzeczywistego Komparatory realizją następjącą fnkcje: 0 min max dla < > napięcie odniesienia 9

10 Wprowadzenie kłady porównjące (komparatory) możemy podzielić ze względ na pełnioną fnkcję na: - detektory przejścia przez zero ( 0V), - dyskryminatory progo ( 0V), - dyskryminatory okienko ( < < ). Komparatory mogą pracować jako kłady odwracające lb nieodwracające, z histerezą lb bez niej. Wprowadzenie Komparatory możemy podzielić na: - nieregeneracyjne gdzie przerzt pomiędzy stanami jściomi kład nika ze wzmocnienie różnicy napięć jścioch z silnym ograniczeniem (zależność szybkości zmian od szybkości zmian napięć jścioch) - regeneracyjne (przerztniko) przerzt jest zwalany po przekroczeni przez różnicę napięć jścioch strefy człości komparatora (mała zależność szybkości zmian od szybkości zmian napięć jścioch) Wprowadzenie Niektóre komparatory posiadają możliwość: - strobowania (mszania na jści jednego ze stanów logicznych), - zatrzaskiwania (zapamiętania na jści aktalnego stan logicznego). Często spotyka się komparatory o jściach typ: otwarty emiter lb otwarty kolektor. Wymagają one podłączenia do jść zewnętrznych rezystorów, przy czym wartość rezystancji zależy od standard kład logicznego, z którym będzie współpracował komparator. Wartości te są zazczaj podawane przez prodcentów w notach aplikacyjnych. 0

11 Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator odwracający ys. 3. Przebiegi jścio i jścio komparatorów odwracających: a) bez histerezy, b) z histerezą Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator odwracający ys. 4. Schemat komparatora odwracającego z histerezą Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator odwracający ys. 5. Charakterystyka przejściowa komparatora odwracającego

12 Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator odwracający Dla kład obowiązją następjące zależności: PL min + PH max + + ( ) max min Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator nieodwracający ys. 6. Przebiegi jścio i jścio komparatorów nieodwracających: a) bez histerezy, b) z histerezą Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator nieodwracający ys. 7. kład komparatora nieodwracającego z histerezą

13 Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator nieodwracający ys. 8. Charakterystyka przejściowa komparatora nieodwracającego Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator nieodwracający Dla kład obowiązją zależności: PL min PH max ( ) max min Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator nirsalny ys. 9. nirsalny komparator z histerezą: a) schemat kład, b) charakterystyka komparatora odwracającego, c) charakterystyka komparatora nieodwracającego 3

14 Komparatory z histerezą (przerztniki Schmitta) - komparator nirsalny Dla kład odwracającego: Dla kład nieodwracającego: PL min + + PH max PL max PH min Komparator (dyskryminator) okienko PH PL ys. 0. Komparator okienko: a) schemat kład, b) charakterystyka przejściowa Zagadnienia. odzaje i parametry komparatorów.. Komparator odwracający z histerezą. 3. Komparator nieodwracający z histerezą. 4. Komparator okienko. 4